荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法技术

本申请实施例公开一种荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法。本发明专利技术提供的一种荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法，利用ABAQUS软件进行荷载与环境作用下跳台主体结构的仿真模拟研究，基于热力耦合对滑板与冰界面力学行为进行仿真模拟，研究冰面的初始温度、运动员重量以及滑行速度对冰面界面力学行为的影响，同时分析其影响机理，弥补针对跳台主体结构在荷载和环境作用下及运动员在助滑道滑行过程中，滑板与冰界面之间的力学行为的研究缺陷，为提高跳台滑雪运动比赛成绩提供合理的建议。

【技术实现步骤摘要】
荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法
本专利技术涉及运动仿真
，尤其涉及一种荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法。
技术介绍
助滑道主体结构在受到荷载与环境的作用，而荷载和环境将会影响跳台主体结构的线型和安全性，会产生应力和位移，使得跳台主体结构的线型发生改变，从而也使得助滑道几何线型发生改变。同时在助滑道滑行过程中滑板与冰界面间的力学行为会影响运动员获得速度和飞行距离，从而影响运动员的比赛成绩。2003年EMüller等人对高山滑雪和跳台滑雪的生物力学方面进行了研究，主要的研究成果包括对高山滑雪的特定条件(转弯类型，地形，雪地和速度等)的分析，以及设备，材料和个人能力对滑雪跳跃中的安全性和关节负荷的影响。2006年W.Meile等人计算应用标准RANS代码对滑雪的空气动力学行为在全尺寸雷诺数下进行实验研究，尤其是不同姿势对各种攻角的空气动力的影响。2007年刘贵宝等人分析了解析方法与多点摄像相结合的方法在跳台滑雪运动中的应用，通过采用摄影解析技术就可以准确地确定运动目标的三维坐标。由于跳台滑雪的动作复杂，因此通过多点摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法，其特征在于，所述方法包括：/n建立有限元模型，其中，所述建立有限元模型包括：建立跳台滑雪助滑道的几何模型；建立其他部件的几何模型，所述其他部件包括：滑板、运动员以及流体腔；将所述跳台滑雪助滑道、滑板、运动员以及流体腔的几何模型进行装配，得到最终几何模型；选取线弹性模型作为材料本构模型，对所述最终几何模型创建材料属性；对所述最终几何模型设置分析步；设置所述最终几何模型中各部件接触间的接触属性；对运动员的重力、最终几何模型的边界条件，以及各部件的温度进行设定；对所述最终几何模型中的跳台滑雪助滑道、滑板、运动员以及流体腔进行网格划分；/n利用所述有限...

【技术特征摘要】
1.一种荷载和环境条件下跳台滑雪运动仿真模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
建立有限元模型，其中，所述建立有限元模型包括：建立跳台滑雪助滑道的几何模型；建立其他部件的几何模型，所述其他部件包括：滑板、运动员以及流体腔；将所述跳台滑雪助滑道、滑板、运动员以及流体腔的几何模型进行装配，得到最终几何模型；选取线弹性模型作为材料本构模型，对所述最终几何模型创建材料属性；对所述最终几何模型设置分析步；设置所述最终几何模型中各部件接触间的接触属性；对运动员的重力、最终几何模型的边界条件，以及各部件的温度进行设定；对所述最终几何模型中的跳台滑雪助滑道、滑板、运动员以及流体腔进行网格划分；
利用所述有限元模型的计算结果绘制不同初始温度、摩擦作用后对应的冰面温度云图，对不同冰面的初始温度下的由于滑板与冰面间的相对滑动，使得温度的升高情况进行研究；
利用所述有限元模型的计算结果绘制运动员在滑行过程中冰面的温度变化云图及不同时刻不同速度对应的冰面温度云图，研究运动员速度对冰面温度的影响，同时绘制滑行过程中滑板底部的应力分布云图，研究运动员速度对冰面应力以及位移的影响；
确定跳台滑雪运动的速度与竖向位移之间的关系，利用所述有限元模型的计算结果绘制不同运动员重量下的温度云图，研究运动员质量对速度的影响。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，建立跳台滑雪助滑道的几何模型，包括：
设置网格类型，在UserProfiles中选择ABAQUS以及Explict；
通过Hypemesh建立跳台滑雪助滑道端面特征以及引导线，在端面特征中，设定冰层的厚度为3cm；
通过网格拉伸工具，沿着引导线拉伸端面建立跳台滑雪助滑道的网格几何模型，保存为inp.文件；
将所述inp.文件导入ABAQUS中。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，建立其他部件的几何模型，包括：
运用ABAQUS本身自带的建模工具建立滑板、运动员以及流体腔的几何模型。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，运用ABAQUS本身自带的建模工具建立滑板、运动员以及流体腔的几何模型，包括：
通过part模块建立滑板的几何模型；
通过三维实体的拉伸旋转功能建立球体、长方体、圆柱体来分别充当运动员的头部、身体、腿以及胳膊，将这些建立好的部件通过平移、旋转工具组合在一起，通过merge工具使这些部件成为一体充当运动员；
将跳台滑雪助滑道和运动员进行切割，分别取其一半进行分析，最后在后处理过程中通过镜像功能建立整体模型；
建立一个能够将跳台滑雪助滑道完全包裹的长方体实体，然后在工具栏中将长方体设置为壳体，完成流体腔的建立。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述跳台滑雪助滑道、滑板、运动员以及流体腔的几何模型进行装配，得到最终几何模型，包括：
在工具栏中选择createinstance进入编辑器，选择所有部件，将所有部件进行实体化，通过平移旋转等工具将各部件进行装配，装配后跳台滑雪助滑道与全局坐标呈现出夹角，并且跳台滑雪助滑道模型全部包含在流体腔所模拟的空气域中，得到装配后的最终几何模型。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，选取线弹性模型作为材料本构模型，对所述最终几何模型创建材料属性，包括：
选取线弹性模型作为材料本构模型，所述材料本构模型的本构方程为：
σ＝Delεel；
式中：σ是应力分力向量，Del是应变分量向量，εel是弹性矩阵；
假设最终几何模型中各材料为各向同性，选用各向同性线弹性本构模型，各向同性线弹性本构模型的达式为：



矩阵中：E是杨氏模量，v是泊松比，G是剪切模量，其中剪切模量可以通过杨氏模量以及泊松比来表示，其表达式为：



确定材料参数，输入力学参数以及热学参数，所述力学参数包括材料的杨氏模量和泊松比，热学参数如导热系数、比热容以及热膨胀系数；确定材料的密度，在进行参数设定的过程中勾选随温度变化，在不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雅珍，郑直，张怀志，张铭琦，王冲，张裕，习晓东，任伟，孙超卓，马壮，吴昌宇，叶友林，于阳，翟晓星，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21